最早的星系帮助提升了宇宙的宇宙迷雾

这是一张来自哈勃超深场的真彩色图像。它使研究人员能够识别出宇宙不到8亿年时存在的最遥远的已知星系（白色圆圈）的新群体。这些星系可能是宇宙历史早期电离星系间气体的原因。

研究人员正在更好地描述早期宇宙中最重要的变化之一——从黑暗的早期宇宙中驱散宇宙迷雾的过程。

哈勃太空望远镜最近的一项观测研究表明，已知最早的星系，出现在137亿年前大爆炸后约8亿年，可能发出紫外线，从星系之间的氢气中剥离电子（或电离）。

在所谓的宇宙再电离之前，氢气就像黑暗道路上的雾一样吸收光线，限制了观测到最早星系的距离。

Earlyuniverse亮相

多年来，研究人员一直认为软质星系合并成越来越大的结构。它们的亚序紫在周围的气泡中发出电离的氢，这些气泡最终重叠在一起，直到基本上所有的星系间介质都电离并透明。

但研究人员对时间安排不太确定。

“这是一个悬而未决的问题，”加州帕萨迪纳加州理工学院的布兰特·罗伯逊告诉太空网。“星系在什么时候产生足够的电离光子来保持宇宙中的电子和质子不受束缚？”

宇宙的黑暗

尽管宇宙在大爆炸后实际上开始处于电离状态，但第一次电离期只持续了大约300000年，直到电子和质子冷却到足以形成氢原子。（这种氢的形成产生了光子，我们今天称之为宇宙微波背景。）

接下来是一个被称为“宇宙黑暗时代”的时期，在这个时期，宇宙中巨大的云层氢缓慢凝结形成了第一批星系。通过对来自遥远类星体的光中检测到的中性氢的研究，天文学家知道再电离一定在大爆炸后大约10亿年完成。

罗伯逊说：“最近发生的变化是在哈勃望远镜上安装了新相机。”

Hubble's Wide Field Camera 3自2009年5月开始运行，它使天文学家能够精确定位50多个星系的红外特征，这些星系可以追溯到大爆炸后8亿年。

这项研究在11月4日出版的《自然》杂志上有详细介绍。

解释宇宙迷雾的消散

通过确定这些古老的星系是否释放出足够的紫外线来重新电离宇宙银河系内的氢，研究人员可以排除其他可能的重新电离解释，例如落入大质量黑洞的物质辐射，或假设的暗物质粒子的湮灭。

在这项新的分析中，Robertson和他的同事首先使用哈勃最近的数据来估计古老星系的总数。然后，他们从这些星系中获取了关于光的颜色的信息，以估计其中所含恒星的大小和强度，从而得出每个星系产生的紫外线光子的数量。

最后，根据距离较近星系的数据，研究人员估计，大约10%到20%的超光速光子会离开星系，重新电离星系间的氢。

研究结果表明，在宇宙的前8亿年，可能有足够的紫外线光子重新电离宇宙，尽管不确定性仍然存在。

Robertson表示，他们计算中的一个主要不确定性是早期星系的数量，而这些星系目前依赖于哈勃对一小部分天空的观测。

随着哈勃望远镜在广阔的天空中收集数据，这种不确定性将减少。

“这是一个非常激动人心的时刻，”罗伯逊说。“在接下来的几年里，我们将能够知道是否有足够的星系来重新电离宇宙。”